解列開關及可解列的動力電池組及解列開關的運行方法
2024-03-22 03:31:05 1
解列開關及可解列的動力電池組及解列開關的運行方法
【專利摘要】本發明公開了一種解列開關及可解列的動力電池組及解列開關的運行方法，解列開關包括控制電路、電動馬達、機械蓄能機構、電蓄能元件、電磁觸發線圈和開關機構。可解列的動力電池組包括多個動力電池分組和解列開關，所述動力電池分組之間串聯至少一個解列開關。解列開關的運行方法，包括分斷步驟和閉合步驟。本發明的解列開關可以將動力電池組解列為安全的電池分組，大大降低高壓動力電池組在緊急狀態下受損出現高壓漏電、短路、起火等危險的可能性，同時設計合理的解列開關可重複使用，降低系統製造和維護成本。
【專利說明】解列開關及可解列的動力電池組及解列開關的運行方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種能源技術，尤其涉及一種解列開關及可解列的動力電池組以及解列開關的運行方法。
【背景技術】
[0002]隨著新能源技術的發展，儲能技術在新能源應用中的位置突顯。在電動汽車、儲能電站、通信電源、微型電網等領域，以動力電池為儲能介質的儲能系統得到了廣泛的應用，發揮著至關重要的作用。
[0003]然而，在當前的技術條件下，動力電池組的安全性卻難以保證，尤其是以電動汽車為代表的應用，動力電池組在運動環境下使用，存在發生嚴重故障的不安全因素，如因車輛事故形成的穿刺、撞擊、跌落、浸水等情況，易引發漏電、起火等種種危險，進而形成對動力電池組安全性的強烈需求；同樣，在儲能電站、微型電網等場合下，雖然使用環境相對穩定，但也要求動力電池組具有相當的安全性。當今的保護機制一般僅限於具備基本的過欠壓保護、過流保護、過熱保護等功能，也就是對負載設備的保護，如圖1所示，當出現過欠壓、過流、漏電、過熱、容量過低的情況下保護裝置通過接觸器切斷動力輸出迴路，保護用電設備安全。但當儲能系統工作在故障情況下時，雖然保護裝置通過接觸器將動力電池組輸出迴路切斷，但動力電池組高壓依然存在，其本身的高電壓依然是嚴重的危險源，如電動汽車發生撞擊後，電池組被保護裝置切斷動力輸出，但電池組的機械結構和電氣結構此時可能已經損壞或者存在浸水的情況，動力電池組動力線、單體接點等電氣連接可能與電池組的外殼結構形成通路，存在高電壓漏電對人體造成觸電傷害的可能；而嚴重的低阻抗漏電迴路(短路)有可能造成動力電池組或結構元件過熱起火。出現嚴重安全事故。
【發明內容】
[0004]本發明的目的就是:提供一種可將動力電池組解列為多個低電壓的解列開關和可解列的動力電池組及解列開關的運行方法，使高壓動力電池組在危險情況下可以迅速解列為多個低電壓(如安全電壓以下)的電池分組，使動力電池組在嚴重故障情況下，大大降低發生高壓漏電、起火危險的可能，通過合理的保護策略，可實現電池組的適時解列，提高系統穩定性，和保護及時性。解列是指將動力電池組分成相互獨立、互不聯繫的各電池分組的一種技術手段。
[0005]本發明的技術方案為:一種解列開關，包括控制電路、電動馬達、機械蓄能機構、電蓄能元件、電磁觸發線圈和開關機構，控制電路連接並控制電動馬達和電磁觸發線圈，電磁觸發線圈和電動馬達連接並控制蓄能控制機構，蓄能控制機構與開關機構連接控制開關機構的開閉，電蓄能元件與控制電路連接為控制電路供電。控制電路用於控制電動馬達對機械蓄能機構做功使機械蓄能機構蓄能，電磁觸發線圈觸發機械蓄能機構，機械蓄能機構為開關機構提供動力。
[0006]所述機械蓄能機構是機械彈性元件。[0007]所述電蓄能元件是電容型蓄能元件。
[0008]所述開關機構具有浸水密封性。
[0009]所述控制電路包括通信接口和直接控制線接口，所述通信接口和直接控制線接口接收控制信號。
[0010]所述解列開關處於非解列狀態時，開關機構處於閉合狀態。
[0011]本發明還提供一種可解列的動力電池組，包括多個動力電池分組和解列開關，所述動力電池分組之間串聯至少一個解列開關，所述解列開關包括控制電路、電動馬達、機械蓄能機構、電蓄能元件、電磁觸發線圈和開關機構，控制電路連接並控制電動馬達和電磁觸發線圈，電磁觸發線圈和電動馬達與開關機構電連接控制開關機構的開閉，電蓄能元件與控制電路連接為控制電路供電。
[0012]本發明還提供一種可解列的動力電池保護系統，包括多個動力電池分組、解列開關和保護裝置，所述動力電池分組之間串聯至少一個解列開關，所述解列開關包括控制電路、電動馬達、機械蓄能機構、電蓄能元件、電磁觸發線圈和開關機構，控制電路連接並控制電動馬達和電磁觸發線圈，電磁觸發線圈和電動馬達與開關機構電連接控制開關機構的開閉，電蓄能元件與控制電路連接為控制電路供電，保護裝置與解列開關的控制電路連接，控制解列開關的開閉。
[0013]所述可解列的動力電池保護系統還包括接觸器，接觸器與各動力電池分組形成迴路，保護裝置與接觸器電連接控制接觸器的開閉。
[0014]所述動力電池分組通過並聯或串聯方式連接。
[0015]本發明還提供一種解列開關的運行方法，包括分斷步驟和閉合步驟，分斷步驟為:
[0016]解列開關的控制電路接收到解列信號，控制電路通過電磁觸發線圈釋放機械蓄能機構的機械能，機械蓄能機構驅動開關機構分斷；閉合步驟為:
[0017]解列開關的控制電路接收閉合信號，控制電路控制電動馬達使機械蓄能機構蓄能，機械蓄能機構控制開關機構閉合。
[0018]所述解列開關的控制電路接收閉合信號時，解列開關的電蓄能元件充電。
[0019]本發明的有益效果:
[0020]傳統動力電池組應用保護機制是建立在動力電池組本身未受損的前提下，但在動力電池組應用過程中，電池組的機械結構和電氣結構難以保證不受到損傷，所以本發明的解列開關可以將動力電池組解列為安全的電池分組，彌補了之前現有技術中高壓動力電池組所帶來的問題，大大降低高壓動力電池組在緊急狀態下受損出現高壓漏電、短路、起火等危險的可能性，同時設計合理的解列開關可重複使用，降低系統製造和維護成本。
[0021]本發明所提及的解列開關，具有分斷迅速，可帶載分斷直流電流，同時具備通信功能，在動力電池組本體受到重創和外部電源損壞的情況下，依靠解列開關內部電儲能元件，可實現無外部能量供給狀態下，動力電池組解列；由於具備通信能力，本解列開關的閉合恢復過程需經過狀態確認，邏輯判斷等過程方可閉合，不會出現不受控閉合狀態。
[0022]本發明適用於電動汽車、微型電網、儲能電站等具有動力電池組的應用，動力電池組的可解列拓撲能夠有效降低嚴重故障所帶來的次生危害，提高了系統應用的安全性，為保證動力電池組及設備安全、使用操作者的人身安全提供了行之有效的保護機制、方法。【專利附圖】
【附圖說明】
[0023]圖1是現有技術中的動力電池組結構示意圖；
[0024]圖2是本發明的解列開關的結構示意圖；
[0025]圖3是本發明的解列開關的運行流程圖；
[0026]圖4是本發明的可解列的動力電池組的結構示意圖；
[0027]圖5是本發明的可解列的動力電池保護系統的結構示意圖。
【具體實施方式】
[0028]下面結合附圖對本發明的【具體實施方式】進行詳細描述。
[0029]針對動力電池組極端情況下的漏電、短路風險，本發明提出一種用於動力電池組的解列開關，如圖2所示，包括控制電路、電動馬達、機械蓄能機構、電蓄能元件、電磁觸發線圈和開關機構，控制電路連接並控制電動馬達和電磁觸發線圈，電磁觸發線圈和電動馬達連接並控制蓄能控制機構，蓄能控制機構與開關機構連接控制開關機構的開閉，電蓄能元件。
[0030]與控制電路連接為控制電路供電。
[0031 ] I)控制電路部 分主要作用為:
[0032]?通過通信接口和直接控制線接口接收控制信號；
[0033]?利用電蓄能原件對電磁觸發線圈進行觸發控制；
[0034]?控制電動馬達對機械蓄能機構進行蓄能；
[0035]?對開關狀態進行通信上報。
[0036]2)電動馬達為直流電動機，受控於控制電路，可對機械蓄能機構做功，達到蓄能目的。
[0037]3)機械蓄能機構為機械彈性元件，可長期儲存一定的機械能，作為開關機構快速分斷動力電池組的動力。
[0038]4)電蓄能元件是儲存少量電能的電容型元件，在外部供電失效的情況下，解列開關的電觸發能量由此提供。
[0039]5)電磁觸發線圈是觸發機械蓄能機構的電執行器件，可觸動機械部件實現開關分斷。
[0040]開關機構是解列開關的分斷執行部件，具有快速分斷高壓直流的能力，同時開關機構具備浸水密封性，可保證直流觸頭、引線不會因浸水而發生漏電。
[0041]解列開關的運行方法如下:解列開關正常工作時存在分斷、閉合兩種穩定狀態以及解列分斷過程和恢復閉合過程。如圖3所示:
[0042]解列開關處於閉合狀態時，開關本身不消耗能量，當上層控制系統(如整車控制器、電池管理系統等)需要通信控制時，需要極低功耗用來維持控制電路的基本通信功能，此時電蓄能元件和機械蓄能機構都處於蓄能待觸發狀態，可隨時受控，驅動開關分斷；
[0043]解列開關控制電路可通過直接控制線或通信總線接收解列信號，之後解列開關進入解列分斷過程，此時控制電路通過電磁觸發線圈釋放機械能，驅動開關機構快速分斷，解列開關進入分斷狀態。[0044]解列開關進入分斷狀態後無需任何能量維持即可保持分斷狀態，當控制電路收到恢復閉合信號後，通過通信總線與控制端進行通信，確認系統狀態，經過邏輯判斷後，解列開關進入恢復閉合過程。
[0045]恢復閉合過程中，控制電路利用外部控制電源對驅動電動馬達，進而帶動機械蓄能機構進行蓄能，開關機構閉合，同時點蓄能元件充電，解列開關進入閉合狀態，由於恢復過程相對緩慢，開關不能帶載閉合，需斷開電池組總開關後驅動解列開關閉合。
[0046]本發明還提供一種具有上述解列開關的動力電池組，如圖4所示，包括多個動力電池分組和解列開關，所述動力電池分組之間串聯至少一個解列開關，所述解列開關包括控制電路、電動馬達、機械蓄能機構、電蓄能元件、電磁觸發線圈和開關機構，控制電路連接並控制電動馬達和電磁觸發線圈，電磁觸發線圈和電動馬達與開關機構電連接控制開關機構的開閉，電蓄能元件與控制電路連接為控制電路供電。動力電池分組為安全電壓以下的電池組。
[0047]本發明還提供一種可解列的動力電池保護系統，如圖5所示，包括多個動力電池分組、解列開關和保護裝置，保護裝置與解列開關的控制電路連接，控制解列開關的開閉。動力電池保護系統還包括接觸器，接觸器與各動力電池分組形成迴路，保護裝置與接觸器電連接控制接觸器的開閉。
[0048]其中:
[0049]保護裝置:是發出解列信號的裝置，可能為電池管理系統、控制器等控制保護設備，無特殊約定。
[0050]解列狀態:解列開關動作後的狀態，每個分組單體數量、分組電壓沒有約定，視具體應用確定。
[0051]當發生危險緊急情況，動力電池組安全狀態不可控時，在解列控制信號的控制下，解列開關可在很短時間內(幾十毫秒到幾百毫秒)完成動力電池組解列，高電壓的動力電池組被解列開關分成多個低電壓的分組，分組的電壓可以為12v (汽車系統)、36v (安全電壓)或其他系統應用中所能承受的安全電壓，此時可以將漏電和短路危險發生概率大大降低。在危險狀態確認消除後，解列控制信號可控制解列開關恢復動力電池組電氣連接，向負載正常供電。圖5中保護裝置在過欠壓、過流、漏電、過熱等情況下通過接觸器切斷動力輸出迴路，同時，保護裝置危險情況下可對動力電池組進行解列，使動力電池組在危險狀態下形成的漏電、短路迴路電壓等級降到可接受的安全電壓以下。
[0052]對比之前的動力電池組結構，解列功能的引入，使動力電池組在自身機械結構、電氣結構受損的情況下，可以保證對外無高壓危險，大大降低漏電、短路狀態的危險性。
[0053]傳統動力電池組應用拓撲結構中保護機制是建立在動力電池組本身未受損的前提下，但在動力電池組應用過程中，電池組的機械結構和電氣結構難以保證不受到損傷，所以本專利所闡述的可解列拓撲結構彌補了之前假設所帶來的問題，大大降低動力電池組在緊急狀態下受損出現高壓漏電、短路、起火等危險的可能性，同時設計合理的解列開關可重複使用，降低系統製造和維護成本；
[0054]本發明適用於電動汽車、微型電網、儲能電站等具有動力電池組的應用，動力電池組的可解列拓撲能夠有效降低嚴重故障所帶來的次生危害，提高了系統應用的安全性，為保證動力電池組及設備安全、使用操作者的人身安全提供了行之有效的保護機制、方法。[0055]1、可將高壓動力電池組解列為多個低電壓電池組的拓撲結構；
[0056]2、可解列的電池組中各低壓電池組數量根據應用場合可變，且單體數量可不相等;
[0057]3、解列開關可受外部控制信號對動力電池組進行解列和恢復；
[0058]4、可解列的電池組中各低壓電池組中單體可存在並聯和串聯結構。
【權利要求】
1.一種解列開關，其特徵在於，包括控制電路、電動馬達、機械蓄能機構、電蓄能元件、電磁觸發線圈和開關機構，控制電路連接並控制電動馬達和電磁觸發線圈，電磁觸發線圈和電動馬達連接並控制蓄能控制機構，蓄能控制機構與開關機構連接控制開關機構的開閉，電蓄能元件與控制電路連接為控制電路供電。
2.根據權利要求1所述的解列開關，其特徵在於，所述機械蓄能機構是機械彈性元件。
3.根據權利要求1所述的解列開關，其特徵在於，所述電蓄能元件是電容型蓄能元件。
4.根據權利要求1所述的解列開關，其特徵在於，所述開關機構具有浸水密封性。
5.根據權利要求1所述的解列開關，其特徵在於，所述控制電路包括通信接口和直接控制線接口，所述通信接口和直接控制線接口接收控制信號。
6.一種可解列的動力電池組，其特徵在於，包括多個動力電池分組和解列開關，所述動力電池分組之間串聯至少一個解列開關，所述解列開關包括控制電路、電動馬達、機械蓄能機構、電蓄能元件、電磁觸發線圈和開關機構，控制電路連接並控制電動馬達和電磁觸發線圈，電磁觸發線圈和電動馬達與開關機構電連接控制開關機構的開閉，電蓄能元件與控制電路連接為控制電路供電。
7.一種可解列的動力電池保護系統，其特徵在於，包括多個動力電池分組、解列開關和保護裝置，所述動力電池分組之間串聯至少一個解列開關，所述解列開關包括控制電路、電動馬達、機械蓄能機構、電蓄能元件、電磁觸發線圈和開關機構，控制電路連接並控制電動馬達和電磁觸發線圈，電磁觸發線圈和電動馬達與開關機構電連接控制開關機構的開閉，電蓄能元件與控制電路連接為控制電路供電，保護裝置與解列開關的控制電路連接，控制解列開關的開閉。
8.根據權利要求7所述的可解列的動力電池保護系統，其特徵在於，所述可解列的動力電池保護系統還包括接觸器，接觸器與各動力電池分組形成迴路，保護裝置與接觸器電連接控制接觸器的開閉。
9.一種解列開關的運行方法，其特徵在於，包括分斷步驟和閉合步驟，分斷步驟為: 解列開關的控制電路接收到解列信號，控制電路通過電磁觸發線圈釋放機械蓄能機構的機械能，機械蓄能機構驅動開關機構分斷；閉合步驟為: 解列開關的控制電路接收閉合信號，控制電路控制電動馬達使機械蓄能機構蓄能，機械蓄能機構控制開關機構閉合。
10.根據權利要求9所述的解列開關的運行方法，其特徵在於，所述解列開關的控制電路接收閉合信號時，解列開關的電蓄能元件充電。
【文檔編號】H01H3/22GK103681038SQ201210345206
【公開日】2014年3月26日 申請日期:2012年9月17日 優先權日:2012年9月17日
【發明者】黃呂超, 王志凱 申請人:中電普瑞科技有限公司